1、1第 4 课时 突破 1 个高考难点化学平衡常数及其计算考点一 化学平衡常数的概念及应用1化学平衡常数在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数，用符号_ K_表示。2表达式(1)对于反应 mA(g) nB(g) pC(g) qD(g)，K (计算 K 利用的是物质的平衡浓度，而不是任意时刻浓度，也不能用cp(C)cq(D)cm(A)cn(B)物质的量。固体和纯液体物质的浓度视为常数，通常不计入平衡常数表达式中)。(2)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数，化学反应方向改变或化学计量数改变，化学平衡常数均发生改变。举例如下：化学方程式 平衡
2、常数 关系式N2(g)3H 2(g) 2NH3(g) K1c2(NH3)c(N2)c3(H2)N2(g) H2(g) 12 32 NH3(g) K2c(NH3)c12(N2)c32(H2)2NH3(g) N2(g)3H 2(g) K3c(N2)c3(H2)c2(NH3)K2 K1K31K13注意事项(1)K 值越大，反应物的转化率越高，正反应进行的程度越大。(2)K 只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。(3)催化剂能加快化学反应速率，但对化学平衡常数无影响。4应用(1)判断可逆反应进行的程度 K 值大，说明反应进行的程度大，反应物的转化率高； K 值小，说明反应进行的程度小，反应物的
3、转化率低。K 10 5 105 10 5 10 5反应程度 很难进行 反应可逆 反应可接近完全(2)判断化学反应进行的方向对于可逆反应 aA(g) bB(g) cC(g) dD(g)，在一定温度下的任意时刻，反应物与生成物浓度有如下关系：2Q ，称为浓度商。cc(C)cd(D)ca(A)cb(B)Q K 反应向正反应方向进行， v 正 v 逆Q K 反应处于化学平衡状态， v 正 v 逆Q K 反应向逆反应方向进行， v 正 v 逆(3)判断可逆反应的热效应考法精析考法一 化学平衡常数的含义1已知反应：CO(g)CuO(s)CO 2(g)Cu(s)和反应：H 2(g)CuO(s)Cu(s) H
4、 2O(g)在相同的某温度下的平衡常数分别为 K1和 K2，该温度下反应：CO(g)H 2O(g)CO 2(g)H 2(g)的平衡常数为 K。则下列说法正确的是( )A反应的平衡常数 K1c(CO2)c(Cu)c(CO)c(CuO)B反应的平衡常数 KK1K2C对于反应，恒容时，温度升高，H 2浓度减小，则该反应的焓变为正值D对于反应，恒温恒容下，增大压强，H 2浓度一定减小解析：选 B 在书写平衡常数表达式时，纯固体物质不能出现在平衡常数表达式中，A错误；由于反应反应反应，因此平衡常数 K ，B 正确；对于反应，温度升K1K2高，H 2浓度减小，则平衡左移，即逆反应为吸热反应，正反应为放热反
5、应，因此 H”或“0。(3) Q 0.2 K0.1，反应向逆反应方0.20.20.2向进行； Q 0.05(3)向逆反应方向 向正反应方向考点二 平衡常数和转化率的相关计算41明确三个量起始量、变化量、平衡量N 2 3H 2 2NH3 催 化 剂 高 温 、 高 压起始量 1 3 0变化量 a b c平衡量 1 a 3 b c反应物的平衡量起始量转化量。生成物的平衡量起始量转化量。各物质变化浓度之比等于它们在化学方程式中化学计量数之比。变化浓度是联系化学方程式、平衡浓度、起始浓度、转化率、化学反应速率的桥梁。因此抓住变化浓度是解题的关键。2掌握四个公式(1)反应物的转化率 100% 100%。
6、n(转 化 )n(起 始 ) c(转 化 )c(起 始 )(2)生成物的产率：实际产量(指生成物)占理论产量的百分数。一般来讲，转化率越大，原料利用率越高，产率越大。产率 100%。实 际 产 量理 论 产 量(3)平衡时混合物组分的百分含量 100%。平 衡 量平 衡 时 各 物 质 的 总 量(4)某组分的体积分数 100%。某 组 分 的 物 质 的 量混 合 气 体 总 的 物 质 的 量3谨记一个答题模板反应： mA(g) nB(g) pC(g) qD(g)，令 A、B 起始物质的量分别为 a mol、 b mol，达到平衡后，A 的转化量为 mx mol，容器容积为 V L，则有以
7、下关系：mA(g) nB(g) pC(g) qD(g)起始/mol a b 0 0转化/mol mx nx px qx平衡/mol a mx b nx px qx对于反应物： n(平) n(始) n(转)对于生成物： n(平) n(始) n(转)则有： K(pxV)p(qxV)q(a mxV )m(b nxV )n c 平 (A) molL1a mxV5 (A)平 100%， (A) (B) mxa mxa nxb mbna (A) 100%a mxa b (p q m n)x p平p始 a b (p q m n)xa b 混 gL1 其中 M(A)、 M(B)分别为 A、B 的摩尔质量aM(
8、A) bM(B)V平衡时体系的平均摩尔质量： gmol1MaM(A) bM(B)a b (p q m n)x考法精析考法一 外界条件对转化率大小的影响1反应 X(g)Y(g)2Z(g) H0，在密闭容器中充入 0.1 mol X 和 0.1 mol Y，达到平衡时，下列说法不正确的是( )A减小容器体积，平衡不移动，X 的转化率不变B增大 c(X)，X 的转化率减小C保持容器体积不变，同时充入 0.1 mol X 和 0.2 mol Y，X 的转化率增大D加入催化剂，正反应速率增大，Z 的产率增大解析：选 D A 项，该反应为反应前后气体物质的量不变的反应，平衡不受压强影响，减小容器体积，平衡
9、不移动，X 的转化率不变，正确；B 项，增大 c(X)，平衡正向移动，Y的转化率增大，X 的转化率减小，正确；C 项，相当于只增加 Y 的浓度，X 的转化率会增大，正确；D 项，催化剂不能使平衡移动，不改变产物的产率，错误。2已知：3CH 4(g)2N 2(g)3C(s) 4NH 3(g) H0，在 700 ，CH 4与 N2在不同物质的量之比 时 CH4的平衡转化率如图所示。下列说法正确的是( )n(CH4)n(N2)A. 越大，CH 4的平衡转化率越高n(CH4)n(N2)B. 不变时，若升温，NH 3的体积分数会增大n(CH4)n(N2)C b 点对应的平衡常数比 a 点的大D a 点对
10、应的 NH3的体积分数约为 26%解析：选 B CH 4和 N2的物质的量之比越大，CH 4的转化率越低，A 错误；CH 4和 N2的物6质的量之比不变时，升温，平衡正向移动，NH 3的体积分数增大，B 正确；平衡常数只与温度有关，与反应物的物质的量无关，所以各点的平衡常数相同，C 错误； a 点 CH4的平衡转化率为 22%， 0.75，则设甲烷为 3 mol，氮气为 4 mol，n(CH4)n(N2)3CH 4(g)2N 2(g) 3C(s)4NH 3(g)起始量/mol 3 4 0转化量/mol 0.66 0.44 0.88平衡量/mol 2.34 3.56 0.88则 NH3的体积分数
11、为 100%13%，D 错误。0.88 mol(2.34 3.56 0.88)mol3(2016江苏高考改编)一定温度下，在 3 个体积均为 1.0 L 的恒容密闭容器中反应2H2(g)CO(g)CH 3OH(g)达到平衡。下列说法正确的是( )物质的起始浓度/(molL 1 ) 物质的平衡浓度/(molL 1 )容器 温度/Kc(H2) c(CO) c(CH3OH) c(CH3OH) 400 0.20 0.10 0 0.080 400 0.40 0.20 0 500 0 0 0.10 0.025A该反应的正反应吸热B达到平衡时，容器中反应物转化率比容器中的大C达到平衡时，容器中 c(H2)大
12、于容器中 c(H2)的两倍D达到平衡时，容器中的正反应速率比容器中的大解析：选 D 将容器中 c(CH3OH)0.10 molL 1 等效转移至左边的反应物，相当于c(H2)0.20 molL1 ， c(CO)0.10 molL1 。A 项，容器中相对于容器中，温度升高，平衡左移，则逆反应为吸热反应，正反应放热，错误；B 项，容器中相对于容器中，压强增大，平衡右移，则容器中反应物转化率大，错误；C 项，容器相对于容器，温度升高，压强减小，平衡左移，达平衡时，容器中 c(H2)小于容器中 c(H2)的两倍，错误；D 项，容器中比容器中温度高，反应速率快，正确。归纳总结 转化率大小变化分析判断反应
13、物转化率的变化时，不要把平衡正向移动与反应物转化率提高等同起来，要视具体情况而定。常见有以下几种情形：反应类型 条件的改变 反应物转化率的变化有多种反应物的可逆反应： mA(g) nB(g) pC(g) qD(g)恒容时只增加反应物 A的用量反应物 A 的转化率减小，反应物 B 的转化率增大7恒温恒压条件下 反应物转化率不变m n p q反应物 A 和 B 的转化率均增大m n p q反应物 A 和 B 的转化率均减小同等倍数地增大反应物A、B 的量恒温恒容条件下m n p q反应物 A 和 B 的转化率均不变恒温恒压条件下反应物转化率不变m n p 反应物 A 的转化率增大m n p 反应物
14、 A 的转化率减小只有一种反应物的可逆反应： mA(g)nB(g) pC(g)增加反应物A 的用量 恒温恒容条件下m n p 反应物 A 的转化率不变考法二 平衡常数与转化率的相关计算4羰基硫(COS)可作为一种粮食熏蒸剂，能防止某些昆虫、线虫和真菌的危害。在恒容密闭容器中，将 CO 和 H2S 混合加热并达到下列平衡：CO(g)H 2S(g)COS(g) H 2(g) K0.1，反应前 CO 物质的量为 10 mol，平衡后 CO 物质的量为 8 mol。下列说法正确的是( )A升高温度，H 2S 浓度增大，表明该反应正反应是吸热反应B通入 CO 后，正反应速率逐渐增大C反应前 H2S 物质
15、的量为 7 molDCO 的平衡转化率为 80%解析：选 C 升高温度，H 2S 浓度增大，说明平衡向逆反应方向移动，逆反应为吸热反应，则该反应的正反应为放热反应，A 不正确。通入 CO 后，正反应速率瞬间增大，之后化学平衡发生移动，正反应速率逐渐减小，逆反应速率逐渐增大，当正反应速率和逆反应速率相等时，反应达到新的化学平衡状态，B 不正确。设反应前 H2S 的物质的量为 a mol，容器的容积为 1 L，列“三段式”进行解题：CO(g)H 2S(g)COS(g) H 2(g)10 a 0 0起 始 /(molL 1)2 2 2 2转 化 /(molL 1)8 a2 2 2平 衡 /(molL
16、 1)化学平衡常数 K 0.1，解得 a7，C 正确。228(a 2)8CO 的平衡转化率为 100%20%，D 不正确。10 mol 8 mol10 mol5某温度下，将 2 mol A 和 3 mol B 充入一密闭容器中，发生反应： aA(g)B(g)C(g) D(g)，5 min 后达到平衡，已知该温度下其平衡常数 K1，若温度不变时将容器的体积扩大为原来的 10 倍，A 的转化率不发生变化，则( )A a3 B a2CB 的转化率为 40% DB 的转化率为 60%解析：选 C 温度不变，扩大容器体积(相当于减小压强)时，A 的转化率不变，说明反应前后气体的体积不变，即 a1，A、B
17、 错误；设达到平衡时，B 的转化量为 x mol，则A、B、C、D 的平衡量分别为(2 x)mol、(3 x)mol、 x mol、 x mol，设容器体积为 1 L，则平衡常数 K1 ，解得 x1.2，B 的转化率1.23100%40%，C 正确，x2(2 x)(3 x)D 错误。6(2017全国卷节选)H 2S 与 CO2在高温下发生反应：H 2S(g)CO 2(g)COS(g)H 2O(g)。在 610 K 时，将 0.10 mol CO2与 0.40 mol H2S 充入 2.5 L 的空钢瓶中，反应平衡后水的物质的量分数为 0.02。(1)H2S 的平衡转化率 1_%，反应平衡常数
18、K_。(2)在 620 K 重复实验，平衡后水的物质的量分数为 0.03，H 2S 的转化率 2_ 1，该反应的 H_0(填“” “”或“”)。(3)向反应器中再分别充入下列气体，能使 H2S 转化率增大的是_(填字母)。AH 2S BCO 2 CCOS DN 2解析：(1)610 K 时向空钢瓶中充入 0.10 mol CO2和 0.40 mol H2S，钢瓶容积为 2.5 L，按“三段式”法进行计算：H 2S(g)CO 2(g) COS(g)H 2O(g)起始量/mol 0.40 0.10 0 0转化量/mol x x x x平衡量/mol 0.40 x 0.10 x x x反应平衡后水的
19、物质的量分数为 0.02，则有 0.02，解x(0.40 x) (0.10 x) x x得 x0.01，故 H2S 的平衡转化率 1 100%2.5%。0.01 mol0.40 mol此时 H2S、CO 2、COS 和 H2O(g)的物质的量(mol)分别为 0.39、0.09、0.01、0.01，故该反应的平衡常数 K 2.810 3 。c(COS)c(H2O)c(H2S)c(CO2) n(COS)n(H2O)n(H2S)n(CO2) 0.0120.390.09(2)在 620 K 重复实验，平衡后水的物质的量分数为 0.03，温度升高，平衡后水的物质的量分数增大，说明平衡正向移动，则 H0
20、；升高温度，平衡正向移动，反应物的平9衡转化率增大，则 H2S 的转化率： 2 1。(3)该反应器为钢瓶，反应过程中容积不变。向反应器中再充入 H2S 气体，平衡正向移动，CO 2的转化率增大，但 H2S 的转化率减小，A 错误；充入 CO2，平衡正向移动，H 2S 的转化率增大，CO 2的转化率减小，B 正确；充入 COS，平衡逆向移动，H 2S 的转化率减小，C 错误；充入 N2，平衡不移动，H 2S 的转化率不变，D 错误。答案：(1)2.5 2.810 3 (2) (3)B考法三 压强平衡常数( Kp)的相关计算7一定量的 CO2与足量的碳在体积可变的恒压密闭容器中反应：C(s)CO
21、2(g)2CO(g) 。平衡时，体系中气体体积分数与温度的关系如图所示：已知：气体分压( p 分 )气体总压( p 总 )体积分数。下列说法正确的是( )A550 时，若充入惰性气体， v 正 、 v 逆 均减小，平衡不移动B650 时，反应达平衡后 CO2的转化率为 25.0%C T 时，若充入等体积的 CO2和 CO，平衡向逆反应方向移动D925 时，用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数 Kp24.0 p 总解析：选 B 550 时，若充入惰性气体， v 正 、 v 逆 均减小，由于保持了压强不变，相当于扩大了体积，平衡正向移动，A 项错误。根据图示可知，在 650 时，CO 的体积分
22、数为 40.0%，根据反应方程式：C(s)CO 2(g)2CO(g) ，设开始加入 1 mol CO2，反应掉了 x mol CO2，则有C(s)CO 2(g)2CO(g)始态/mol 1 0变化/mol x 2x平衡/mol 1 x 2x因此有 100%40.0%，解得 x0.25，则 CO2的平衡转化率为2x1 x 2x100%25.0%，B 项正确。由题图可知， T 时，CO 与 CO2的体积分数相等，在0.25 mol1 mol等压下充入等体积的 CO 和 CO2，对原平衡无影响，平衡不移动，C 项错误。925 时，CO的体积分数为 96.0%，故 Kp 23.04 p 总 ，D 项错
23、误。p2(CO)p(CO2) (96.0%p总 )24.0%p总108汽车尾气是造成雾霾天气的重要原因之一，尾气中的主要污染物为CxHy、NO、CO、SO 2及固体颗粒物等。活性炭可用于处理汽车尾气中的 NO，在 1 L 恒容密闭容器中加入 0.100 0 mol NO 和 2.030 mol 固体活性炭，生成 A、B 两种气体，在不同温度下测得平衡体系中各物质的物质的量以及容器内压强如下表：活性炭/mol NO/mol A/mol B/mol p/MPa200 2.000 0.040 0 0.030 0 0.030 0 3.93335 2.005 0.050 0 0.025 0 0.025
24、0 p根据上表数据，写出容器中发生反应的化学方程式：_，判断 p_(填“” “”或“”)3.93 MPa。计算反应体系在 200 时的平衡常数Kp_(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压总压体积分数)。解析：1 L 恒容密闭容器中加入 0.100 0 mol NO 和 2.030 mol 固体活性炭，生成A、B 两种气体，从不同温度下测得平衡体系中各物质的物质的量以及容器内压强数据可以看出： n(C) n(NO) n(A) n(B)1211，所以可以推断出生成的 A、B 两种气体分别为 N2和 CO2，反应的化学方程式为 C2NON 2CO 2。该反应的平衡常数 Kp，容器的体积为 1 L，平衡分压之比等于平衡浓度之比，带入表中数据计算p(N2)p(CO2)p2(NO)得 Kp 。916答案：C2NON 2CO 2 916备考方略1理解 Kp含义在化学平衡体系中，用各气体物质的分压代替浓度，计算的平衡常数叫压强平衡常数。2运用计算技巧11
